(57)【要約】【課題】  ペルチェ素子を利用して被温度制御対象の温度を制御するに際し、そのエネルギ効率を改善した温度制御方法を提供すること。【解決手段】  複数のペルチェ素子の一方の面に被温度制御対象を配置し、これら複数のペルチェ素子の他方の面に跨って熱的な接続部材を配置し、これら複数のペルチェ素子に互いに逆位相の交流電流を流して、前記接続部材の温度を一定に保ちながら、それぞれのペルチェ素子に対応する被温度制御対象のそれぞれを周期的に冷却又は加熱する。ＤＮＡのＰＣＲ増幅工程などに利用できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のペルチェ素子を備える温度制御装置によって複数の被温度制御対象のそれぞれの温度を制御する方法であって、
前記複数のペルチェ素子が、それぞれ、被温度制御対象を配置する一方の面を備えており、
また、前記複数のペルチェ素子の他方の面に跨って配置された熱的な接続部材を備えており、
前記一方の面のそれぞれに被温度制御対象を配置し、
前記複数のペルチェ素子のそれぞれに電流を流して、対応する被温度制御対象のそれぞれの温度を制御する温度制御方法において、
前記電流が交流電流であり、
この電流の位相を、前記接続部材の温度を一定に保つように制御することを特徴とする温度制御方法。
【請求項２】
複数のペルチェ素子を備える温度制御装置によって複数の被温度制御対象のそれぞれの温度を制御する方法であって、
前記複数のペルチェ素子が、それぞれ、被温度制御対象を配置する一方の面を備えており、
また、前記複数のペルチェ素子の他方の面に跨って配置された熱的な接続部材を備えており、
前記一方の面のそれぞれに被温度制御対象を配置し、
前記複数のペルチェ素子のそれぞれに電流を流して、対応する被温度制御対象のそれぞれの温度を制御する温度制御方法において、
前記電流が交流電流であり、
この電流の位相を、前記被温度制御対象のそれぞれの温度の和を一定に保つように制御することを特徴とする温度制御方法。
【請求項３】
第一のペルチェ素子と第二のペルチェ素子を備える温度制御装置によって、第一の被温度制御対象と第二の被温度制御対象のそれぞれの温度を制御する方法であって、
前記第一のペルチェ素子が第一の被温度制御対象を配置する一方の面を備え、他方、前記第二のペルチェ素子が第二の被温度制御対象を配置する一方の面を備えており、
また、前記第一のペルチェ素子の他方の面及び前記第二のペルチェ素子の他方の面に跨って配置された熱的な接続部材を備えており、
第一のペルチェ素子の前記一方の面に前記第一の被温度制御対象を配置すると共に、前記第二のペルチェ素子の前記一方の面に前記第二の被温度制御対象を配置し、
前記第一のペルチェ素子と前記第二のペルチェ素子のそれぞれに電流を流して、前記第一の被温度制御対象及び前記第二の被温度制御対象の温度を制御する温度制御方法において、
前記電流が交流電流であり、
前記第一のペルチェ素子に流す電流が前記接続部材を加熱するとき前記第二のペルチェ素子に流す電流が前記接続部材を冷却し、前記第一のペルチェ素子に流す電流が前記接続部材を冷却するとき前記第二のペルチェ素子に流す電流が前記接続部材を加熱するように、これら第一のペルチェ素子に流す電流の位相及び第二のペルチェ素子に流す電流の位相を制御して、前記接続部材の温度を一定に保つように制御することを特徴とする温度制御方法。
【請求項４】
第一のペルチェ素子と第二のペルチェ素子を備える温度制御装置によって、第一の被温度制御対象と第二の被温度制御対象のそれぞれの温度を制御する方法であって、
前記第一のペルチェ素子が第一の被温度制御対象を配置する一方の面を備え、他方、前記第二のペルチェ素子が第二の被温度制御対象を配置する一方の面を備えており、
また、前記第一のペルチェ素子の他方の面及び前記第二のペルチェ素子の他方の面に跨って配置された熱的な接続部材を備えており、
第一のペルチェ素子の前記一方の面に前記第一の被温度制御対象を配置すると共に、前記第二のペルチェ素子の前記一方の面に前記第二の被温度制御対象を配置し、
前記第一のペルチェ素子と前記第二のペルチェ素子のそれぞれに電流を流して、前記第一の被温度制御対象及び前記第二の被温度制御対象の温度を制御する温度制御方法において、
前記電流が交流電流であり、
前記第一のペルチェ素子に流す電流が前記接続部材を加熱するとき前記第二のペルチェ素子に流す電流が前記接続部材を冷却し、前記第一のペルチェ素子に流す電流が前記接続部材を冷却するとき前記第二のペルチェ素子に流す電流が前記接続部材を加熱するように、これら第一のペルチェ素子に流す電流の位相及び第二のペルチェ素子に流す電流の位相を制御して、前記被温度制御対象のそれぞれの温度の和を一定に保つように制御することを特徴とする温度制御方法。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の温度制御装置を２台使用し、この２台の温度制御装置の間に第一の被温度制御対象及び第二の被温度制御対象を挟んで温度制御することを特徴とする温度制御方法。
【請求項６】
前記被温度制御対象に与える温度プロファイルが、任意の保持時間からなる三準位であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の温度制御方法。
【請求項７】
前記熱的な接続部材が放熱フィンを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペルチェ素子を用いて被温度制御対象に加熱冷却サイクルを与える温度制御方法に関し、例えばバイオチップのＰＣＲ増幅反応に適用できる温度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ペルチェ素子の内部構造ａは、例えば、図６（ａ）に示すように、ｎ型半導体ａ３とｐ型半導体ａ４とを金属板ａ２で接続し、これらｎ型半導体ａ３及びｐ型半導体ａ４のそれぞれに金属板ａ１１，ａ１２を取り付けて構成されたものである。半導体は、例えば、ビスマステルルなどの大きなペルチェ効果の得られる材料からなる。そして、金属板ａ１１から金属板ａ１２に電流を流すと金属板ａ２側は冷却され、金属板ａ１２から金属板ａ１１に電流を流すと金属板ａ２側は加熱される。
【０００３】
ペルチェ素子は小型で可動部分を持たないため、例えばＣＰＵや半導体レーザの冷却装置として用いられてきた（特許文献１〜３参照）。
【０００４】
また、複数のペルチェ素子を組み合わせて、第一の被温度制御対象を定温に保つと共に、パルスレーザ発振時において急激に冷却する装置も知られている（特許文献４参照）。しかしながら、この装置においても、エネルギ効率は考慮されていない。
【０００５】
以下に先行技術文献を示す。
【特許文献１】特開昭６１−８２４５０公報
【特許文献２】特開平０１−１４３３４７公報
【特許文献３】特開平０４−１６２５５１公報
【特許文献４】特許第３０８７８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような技術的背景に基づいてなされたもので、ペルチェ素子を利用して被温度制御対象の温度を制御するに際し、そのエネルギ効率を改善した温度制御方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、請求項１に記載の発明は、複数のペルチェ素子を備える温度制御装置によって複数の被温度制御対象のそれぞれの温度を制御する方法であって、
前記複数のペルチェ素子が、それぞれ、被温度制御対象を配置する一方の面を備えており、
また、前記複数のペルチェ素子の他方の面に跨って配置された熱的な接続部材を備えており、
前記一方の面のそれぞれに被温度制御対象を配置し、
前記複数のペルチェ素子のそれぞれに電流を流して、対応する被温度制御対象のそれぞれの温度を制御する温度制御方法において、
前記電流が交流電流であり、
この電流の位相を、前記接続部材の温度を一定に保つように制御することを特徴とする温度制御方法である。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、複数のペルチェ素子のそれぞれに流す電流が交流であるから、これら複数のペルチェ素子のうちの一つのペルチェ素子によって、前記熱的な接続部材の加熱と冷却とを周期的に繰り返す。他方、前記一つのペルチェ素子によって前記接続部材を加熱するときその他のペルチェ素子は冷却して接続部材の温度を一定に保ち、前記一つのペルチェ素子によって前記接続部材を冷却するときその他のペルチェ素子は加熱して接続部材の温度を一定に保つ。こうして前記接続部材は常時一定温度に保たれるため、それぞれのペルチェ素子における両面の温度差が小さく抑えられる。
【０００９】
ペルチェ素子は強制的な熱移動素子いわば熱的なポンプであり、両面の温度差が小さければ、汲み上げるのに必要なエネルギも小さくて済む。温度差と熱移動量との関係は、例えば図６（ｂ）のようになる。
【００１０】
なお、二つのペルチェ素子を使用する場合には、この二つのペルチェ素子の加熱と冷却とが反対になるように制御すればよい。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、複数のペルチェ素子を備える温度制御装置によって複数の被温度制御対象のそれぞれの温度を制御する方法であって、
前記複数のペルチェ素子が、それぞれ、被温度制御対象を配置する一方の面を備えており、
また、前記複数のペルチェ素子の他方の面に跨って配置された熱的な接続部材を備えており、
前記一方の面のそれぞれに被温度制御対象を配置し、
前記複数のペルチェ素子のそれぞれに電流を流して、対応する被温度制御対象のそれぞれの温度を制御する温度制御方法において、
前記電流が交流電流であり、
この電流の位相を、前記被温度制御対象のそれぞれの温度の和を一定に保つように制御することを特徴とする温度制御方法である。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、第一のペルチェ素子と第二のペルチェ素子を備える温度制御装置によって、第一の被温度制御対象と第二の被温度制御対象のそれぞれの温度を制御する方法であって、
前記第一のペルチェ素子が第一の被温度制御対象を配置する一方の面を備え、他方、前記第二のペルチェ素子が第二の被温度制御対象を配置する一方の面を備えており、
また、前記第一のペルチェ素子の他方の面及び前記第二のペルチェ素子の他方の面に跨って配置された熱的な接続部材を備えており、
第一のペルチェ素子の前記一方の面に前記第一の被温度制御対象を配置すると共に、前記第二のペルチェ素子の前記一方の面に前記第二の被温度制御対象を配置し、
前記第一のペルチェ素子と前記第二のペルチェ素子のそれぞれに電流を流して、前記第一の被温度制御対象及び前記第二の被温度制御対象の温度を制御する温度制御方法において、
前記電流が交流電流であり、
前記第一のペルチェ素子に流す電流が前記接続部材を加熱するとき前記第二のペルチェ素子に流す電流が前記接続部材を冷却し、前記第一のペルチェ素子に流す電流が前記接続部材を冷却するとき前記第二のペルチェ素子に流す電流が前記接続部材を加熱するように、これら第一のペルチェ素子に流す電流の位相及び第二のペルチェ素子に流す電流の位相を制御して、前記接続部材の温度を一定に保つように制御することを特徴とする温度制御方法である。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、第一のペルチェ素子と第二のペルチェ素子を備える温度制御装置によって、第一の被温度制御対象と第二の被温度制御対象のそれぞれの温度を制御する方法であって、
前記第一のペルチェ素子が第一の被温度制御対象を配置する一方の面を備え、他方、前記第二のペルチェ素子が第二の被温度制御対象を配置する一方の面を備えており、
また、前記第一のペルチェ素子の他方の面及び前記第二のペルチェ素子の他方の面に跨って配置された熱的な接続部材を備えており、
第一のペルチェ素子の前記一方の面に前記第一の被温度制御対象を配置すると共に、前記第二のペルチェ素子の前記一方の面に前記第二の被温度制御対象を配置し、
前記第一のペルチェ素子と前記第二のペルチェ素子のそれぞれに電流を流して、前記第一の被温度制御対象及び前記第二の被温度制御対象の温度を制御する温度制御方法において、
前記電流が交流電流であり、
前記第一のペルチェ素子に流す電流が前記接続部材を加熱するとき前記第二のペルチェ素子に流す電流が前記接続部材を冷却し、前記第一のペルチェ素子に流す電流が前記接続部材を冷却するとき前記第二のペルチェ素子に流す電流が前記接続部材を加熱するように、これら第一のペルチェ素子に流す電流の位相及び第二のペルチェ素子に流す電流の位相を制御して、前記被温度制御対象のそれぞれの温度の和を一定に保つように制御することを特徴とする温度制御方法である。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明は、請求項３または請求項４に記載の温度制御装置を２台使用し、この２台の温度制御装置の間に第一の被温度制御対象及び第二の被温度制御対象を挟んで温度制御することを特徴とする温度制御方法である。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、前記被温度制御対象に与える温度プロファイルが、任意の保持時間からなる三準位であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の温度制御方法である。
【００１６】
なお、ペルチェ素子の熱を放熱して前記接続部材の温度を一定に保つため、前記接続部材に放熱フィンを設けることが望ましい。請求項７に記載の発明はこのような技術的意味を有するもので、前記熱的な接続部材が放熱フィンを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の温度制御方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、熱的な接続部材の温度が一定に保たれ、被温度制御対象にのみ加熱冷却サイクルを与えるため、それぞれのペルチェ素子における両面の温度差を小さく抑え、小さな電流値で加熱・冷却サイクルを与えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、図１を参照して本発明を説明する。
図１は、２つのペルチェ素子を使用した温度制御装置であって、被温度制御対象Ａ，Ｂを配置した状態を示す温度制御装置の斜視図である。温度制御装置は２つのモジュールと、この２つのモジュールに接続された接続部材５から構成されている。第一のモジュール１は、第一のペルチェ素子１１、熱伝導板１２及び温度センサ１３から構成されている。また、第二のモジュールは、第二のペルチェ素子２１、熱伝導板２２及び温度センサ２３から構成されている。そして、これら第一のペルチェ素子１１と第二のペルチェ素子２１に跨って熱的接続部材５が接続されている。熱的接続部材５は、アルミニウム等の熱伝導性の高い材料から構成されており、第一のペルチェ素子１１に接続した位置でその反対面に放熱フィン５１を備えており、また、第二のペルチェ素子２１に接続した位置でその反対面に放熱フィン５２を備えている。放熱フィン５１，５２及び熱伝導板１２，２２も熱伝導性の高い材料から構成することが望ましい。なお、図示しない負帰還制御回路が、第一のペルチェ素子１１、第二のペルチェ素子２１、温度センサ１３、２３の間に接続されている。
【００１９】
この例においては、第一のペルチェ素子１１及び第二のペルチェ素子２１として、図６（ａ）に示す内部構造ａからなるペルチェ素子を使用し、その金属板ａ２を熱的接続部材５に接続している。そのため、第一のペルチェ素子１１及び第二のペルチェ素子２１のいずれにおいても、ｎ型半導体ａ３側の金属板ａ１１から電流を流すと、熱的接続部材５を冷却し、熱伝導板１２，２２を介して被温度制御対象Ａ，Ｂを加熱する。逆に、ｐ型半導体ａ４の金属板ａ１２から電流を流すと、熱的接続部材５を加熱し、被温度制御対象Ａ，Ｂを冷却する。
【００２０】
なお、ｎ型半導体ａ３側の金属板ａ１１から大きい電流を流すと熱伝導板１２，２２を介して被温度制御対象Ａ，Ｂを高温に加熱し、比較的小さい電流を流すと比較的低温に加熱する。
【００２１】
本発明では、この温度制御装置を次のように制御する。すなわち、第一の被温度制御対象Ａを加熱するとき第二の被温度制御対象Ｂを冷却し、第一の被温度制御対象Ａを冷却するとき第二の被温度制御対象Ｂを加熱する。第一の被温度制御対象Ａを冷却するとき、ペルチェ素子１１のフィン側の面はその反作用で加熱される。一部の熱はフィン２から放熱され、一部の熱は接続部１に流れる。同時に、第二の被温度制御対象１２を加熱するとき、ペルチェ素子５の熱的接続部材５側の面はその反作用で吸熱されるが、一部の熱は熱的接続部材５から吸熱される。すなわち、熱的接続部材５に熱的に接続されたペルチェ素子１１と２１を逆位相で駆動するとき、熱的接続部材５における熱流束は、熱的接続部材５の温度変化を防止する向きに生じる。
【００２２】
図の例では、第一のペルチェ素子１１のｐ型半導体ａ４側の金属板ａ１２から電流を流して第一の被温度制御対象Ａを加熱し、同時に第二のペルチェ素子２１のｎ型半導体ａ３の金属板ａ１１から電流を流して第二の被温度制御対象Ｂを冷却する。このとき、熱的接続部材５は、第一のペルチェ素子１１による冷却と第二のペルチェ素子２１の加熱によって一定温度に保たれる。
【００２３】
また、第一のペルチェ素子１１のｎ型半導体ａ３側の金属板ａ１１から電流を流して第一の被温度制御対象Ａを冷却し、同時に第二のペルチェ素子２１のｐ型半導体ａ４の金属板ａ１２から電流を流して第二の被温度制御対象Ｂを加熱する。このとき、熱的接続部材５は、第一のペルチェ素子１１による加熱と第二のペルチェ素子２１の冷却によって一定温度に保たれる。
【００２４】
そして、第一のペルチェ素子１１に交流電流を流し、第二のペルチェ素子２１に、これとは逆位相の交流電流を流すと、熱的接続部材５は一定温度に保たれ、第一の被温度制御対象Ａ及び第二の被温度制御対象Ｂは加熱と冷却とを周期的に繰り返す。このような交流電流は、図示しない負帰還制御回路を使用して、予め目標設定された加熱冷却サイクルと経験的な補正値を基に、それぞれの温度センサ１３，２３で検出された温度から負帰還制御することで制御できる。
【００２５】
なお、仮に、第一のペルチェ素子１１の金属板ａ２を熱的接続部材５に接続し、第二のペルチェ素子２１の金属板ａ１１，ａ１２を熱的接続部材５に接続したと仮定すると、第一のペルチェ素子１１と第二のペルチェ素子２１に同位相の交流電流を流すと、熱的接続部材５は一定温度に保たれ、第一の被温度制御対象Ａ及び第二の被温度制御対象Ｂは加熱と冷却とを周期的に繰り返す。
【００２６】
また、本発明では、熱的接続部材５の温度を一定に保つように制御することに限らず、被温度制御対象Ａ、Ｂのそれぞれの温度の和を一定に保つように制御することも可能である。
【００２７】
次に、図４（ａ）は、温度制御装置を２台使用する温度制御方法を示す斜視図であり、図４（ｂ）はその正面図である。この方法では前記温度制御装置を２台使用し、この２台の温度制御装置の間に第一の被温度制御対象及び第二の被温度制御対象を挟んで温度制御する。
【００２８】
すなわち、図４に示すように、その一方の温度制御装置は第一の被温度制御対象Ａ及び第二の被温度制御対象Ｂの上方に配置されている。図中、及び１１，２１はその一方の温度制御装置のペルチェ素子を示している。また、他方の温度制御装置は第一の被温度制御対象Ａ及び第二の被温度制御対象Ｂを挟んでその下方に配置されている。図中、３１，４１はその他方の温度制御装置のペルチェ素子を示している。これら２台の温度制御装置は、いずれも、熱的接続部材５および熱的接続部材６を一定温度に保つように駆動される。
【００２９】
また、本発明では、熱的接続部材５および熱的接続部材６の温度を一定に保つように制御することに限らず、被温度制御対象Ａ、Ｂのそれぞれの温度の和を一定に保つように制御することも可能である。
【００３０】
なお、本発明は２つのペルチェ素子を使用した温度制御装置によって２つの被温度制御対象のそれぞれの温度を制御する方法に限定されるものではない。
【００３１】
ここで、ペルチェ素子に交流電流を流し、三角波状の温度サイクルで加熱・冷却を繰り返す場合、偶数個のペルチェ素子を使用した温度制御装置を用いることが好ましい。つまり、半数のペルチェ素子に交流電流を流し、もう半数のペルチェ素子に逆位相の交流電流を流すことで、熱的な接続部材の温度を一定に保つことができる。
また、複数のペルチェ素子を使用した温度制御装置によって複数の被温度制御対象のそれぞれの温度を階段波状の三準位温度サイクルで制御することができる。つまり、各被温度制御対象に与える吸熱・加熱・保持の階段波状の三準位温度サイクルのタイミングを変えることで、熱的な接続部材の温度を一定に保つことができる。
【実施例１】
【００３２】
図１に示す温度制御装置を使用し、第一の被温度制御対象Ａ及び第二の被温度制御対象Ｂとして１２ｍｍ×１２ｍｍのポリカーボネートを使用して、まず室温において放置した後初期加熱を行い、次にポリカーボネートが７０℃と９０℃との間で加熱・冷却を繰り返すように、ペルチェ素子１１及び２１に逆位相の交流電流を流した。予め目標設定した温度時間変化率になるようにこの電流値を制御した場合の被温度制御対象ＡとＢの温度変化を図２に示す。なお、７０℃及び９０℃における温度保持時間は０であるが、半サイクル毎の時間を揃えるため、到達した一方はもう一方が到達するまで待つ制御を行った。なお、熱的接続部材５、放熱フィン５１，５２としてはアルミダイカストを用いた。
【００３３】
この結果、１加熱冷却サイクル回すのに必要なエネルギは６０．５Ｊであった。比較のため、ペルチェ素子１１及び２１に同位相の交流電流を流して加熱・冷却を繰り返したところ、１加熱冷却サイクル回すのに必要なエネルギは８２．３Ｊであった。この結果、同位相の交流電流を流した場合に比較して約２６％エネルギ効率が向上していることが確認できた。
【実施例２】
【００３４】
実施例１と同じ温度制御装置と第一の被温度制御対象Ａ及び第二の被温度制御対象Ｂとを使用し、台形波状に加熱・冷却を繰り返した。この結果、７０℃及び９０℃における温度保持時間に応じて、さらにエネルギ効率が向上することが確認できた。
【実施例３】
【００３５】
図４に示すように、第一の被温度制御対象Ａ及び第二の被温度制御対象Ｂを２台の温度制御装置で挟んだ。これら２台の温度制御装置は実施例１の温度制御装置と同じものである。また、第一の被温度制御対象Ａ及び第二の被温度制御対象Ｂも実施例１と同じものを使用した。そして、それぞれの温度制御装置を、実施例１と同様に駆動して、加熱・冷却を繰り返した。
【実施例４】
【００３６】
図３は、４つのペルチェ素子を使用した温度制御装置であって、第一のモジュール１、第二のモジュール２、第三のモジュール３、第四のモジュール４に、それぞれ第一の被温度制御対象Ａ、第二の被温度制御対象Ｂ、第三の被温度制御対象Ｃ、第四の被温度制御対象Ｄが配置した温度制御装置の斜視図である。第一のモジュール１は、実施例１と同様に、第一のペルチェ素子１１、熱伝導板１２及び温度センサ１３から構成されており、図示しない負帰還制御回路が、第一のペルチェ素子１１と温度センサ１３の間に接続されている。その他のモジュールについても同様である。それぞれのモジュールは、熱的な接続部材５で接続されている。
【００３７】
第一の負帰還制御回路、第二の負帰還制御回路、第三の負帰還制御回路及び第四の負帰還制御回路は、タイミング制御して目標値を設定する回路に接続されている。
【００３８】
図３に示す温度制御装置を使用し、第一の被温度制御対象Ａ，第二の被温度制御対象Ｂ，第三の被温度制御対象Ｃ及び第四の被温度制御対象Ｄとして１２ｍｍ×１２ｍｍのポリプロピレンを使用し、室温中において６０℃から９０℃のサイクルを与えた。与えた波形は、順に６０℃，７０℃及び９０℃の三準位の階段波であり、それぞれの制御工程時間は１５秒，３０秒及び１５秒である。熱的な接続部材５としてはアルミダイカストを用いた。なお、接続部材５は放熱フィンを有している。
【００３９】
負帰還制御としては、比例制御と積分制御と微分制御を組み合わせた一般的なＰＩＤ制御を用いた。すなわち、例えば、９０℃から６０℃への吸熱にかかる時間と６０℃を保持する時間の合計時間を６０℃制御工程時間と呼んでいる。制御に必要な電流値は、それぞれの制御工程において開始直後にもっとも大きく、目標温度に達した後は比較的小さくて済む。そのため、ここでは４つのモジュールの負帰還制御回路を接続し、それぞれの制御工程を開始するタイミングを合わせる制御を行った。すなわち、周期的にずらした温度サイクルを与えるための制御を行った。
【００４０】
接続部材５に移動する熱量は、被温度制御対象に対する吸加熱量とペルチェ素子自身からの発熱量との合計である。ペルチェ素子自身からの発熱は、吸熱か加熱かに関わらず常にある。すなわち、被温度制御対象を吸熱するときにはペルチェ素子自身からの発熱量も加算されてしまうため、接続部材５の温度変化は、被温度制御対象を加熱するときに比べ、被温度制御対象を吸熱するときに大きく生じる。そのため、制御工程を開始するタイミングのなかでも特に、被温度制御対象の吸熱を始めるタイミングに最も着目した。
【００４１】
それぞれの制御工程時間は等しくなく、７０℃制御工程時間が３０秒と長い。７０℃というのは特定の酵素が活性化する温度であり、３０秒というのは十分な酵素反応に２０秒以上の保持時間が必要とされることに由来する。一方、６０℃及び９０℃における反応は瞬時に起きるため、保持時間は必要とされない。いずれの反応も温度保持時間を長くとることによる影響はないため、適当な安全マージン時間を加算することができる。すなわち、７０℃制御工程時間が３０秒のとき、安全マージン時間を加算して６０℃制御工程時間及び９０℃制御工程時間を３０秒にすることができる。
【００４２】
しかしながら、それではタクトタイムが長すぎるため、３０秒を２分割して６０℃制御工程時間及び９０℃制御工程時間を１５秒にした。１サイクル６０秒を４分割することになるため、ペルチェ素子を４つ使用した。そして、図５のように、順に１５秒毎ずらして温度サイクルを与える制御を行った。なお、見易さを優先して、グラフには第一の被温度制御対象Ａ及び第二の被温度制御対象Ｂの温度のみ記載し、第三の被温度制御対象Ｃ及び第四の被温度制御対象Ｄの温度は省略した。
【実施例５】
【００４３】
第一のモジュール１、第二のモジュール２、第三のモジュール３、第四のモジュール４、第五のモジュール５及び第六のモジュール６に、それぞれ第一の被温度制御対象Ａ、第二の被温度制御対象Ｂ、第三の被温度制御対象Ｃ、第四の被温度制御対象Ｄ、第五の被温度制御対象Ｅ及び第六の被温度制御対象Ｆが配置した。第一のモジュール１は、実施例１と同様に、第一のペルチェ素子１１、熱伝導板１２及び温度センサ１３から構成されており、図示しない負帰還制御回路が、第一のペルチェ素子１１と温度センサ１３の間に接続されている。その他のモジュールについても同様である。それぞれのモジュールは、熱的な接続部材で接続されており、それぞれの負帰還制御回路はタイミング制御回路に接続されている。
【００４４】
７０℃制御工程時間を、実施例１と同様に３０秒とし、６０℃制御工程時間及び９０℃制御工程時間は、３０秒を４分割して７．５秒とした。そして、６つのペルチェ素子を、順に７．５秒毎ずらして温度サイクルを与える制御を行った。
【００４５】
なお、実施例１と比較して１サイクルは６０秒から４５秒に短縮されるが、装置の扱う対象数の単位は４つから６つに増える。サイクルタイムと対象数単位はトレードオフの関係にある。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、短時間の間に加熱・冷却を繰り返す用途に適用できる。例えば、ＤＮＡのＰＣＲ増幅反応は、４０〜１００℃の加熱・冷却サイクルを数十回繰り返す反応である。本発明の温度制御方法は、このような温度サイクルを要する用途に好適に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の温度制御装置の例を示す斜視図。
【図２】被温度制御対象の温度変化を示すグラフ。
【図３】本発明の温度制御装置の例を示す斜視図。
【図４】図４（ａ）は本発明の温度制御装置の他の実施例を示す斜視図、図４（ｂ）はその正面図。
【図５】被温度制御対象の温度変化の例を示すグラフ。
【図６】図６（ａ）はペルチェ素子の内部構造ａを示す斜視図、図６（ｂ）はペルチェ素子の両面の温度差と熱移動量との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４８】
１１，２１，３１，４１  ・・・ペルチェ素子
１２，２２，３２，４２  ・・・熱伝導板
１３，２３，３３，４３  ・・・温度センサ
５，６  ・・・接続部材
５１，５２，６１，６２  ・・・放熱フィン
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ  ・・・被温度制御対象
ａ  ・・・ペルチェ素子内部構造
ａ２，ａ１１，ａ１２  ・・・金属板
ａ３  ・・・ｎ型半導体
ａ４  ・・・ｐ型半導体
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図６】
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【図３】
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【図５】
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